DE102008035539B4 - Coupling with a surveying friction plate - Google Patents
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Abstract
Kupplung (10), umfassend: eine Reaktionsplatte (16), die konfiguriert ist, um eine Kompressionskraft auszuüben; eine Reibplatte (12), die eine der Reaktionsplatte gegenüberliegende Fläche aufweist; eine Reibungsmaterialschicht (22), die eine erste, an der Fläche der Reibplatte (12) angebrachte Fläche und eine zweite, der Reaktionsplatte (16) gegenüberliegende Fläche (24) aufweist, wobei an der zweiten Fläche (24) eine Mehrzahl von Erhebungen (26) vordefinierter Höhe relativ zu der Oberfläche (24) der Reibungsmaterialschicht (22) ausgebildet ist, die jeweils einen von einem Rand (28) umgebenen Hohlraum (30) vordefinierter Tiefe aufweisen; und ein zwischen der Reaktionsplatte (16) und der Reibungsmaterialschicht (22) angeordnetes Schmierfluid (14), um die Kompressionskraft zu übertragen und zwischen der Reaktionsplatte (16) und der Reibplatte (12) eine Schmierschicht (14) bereitzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Tiefe des Hohlraums (30) geringer ist als die vordefinierte Höhe der Erhebungen (26), sodass in dem Hohlraum (30) befindliches Schmierfluid (14) während eines Einrückens der Kupplung (10) aus dem Hohlraum (3) gedrückt oder gepresst wird und über den Rand (28) auf die Oberfläche (24) fließt.A clutch (10) comprising: a reaction plate (16) configured to apply a compressive force; a friction plate (12) having a surface opposite the reaction plate; a friction material layer (22) having a first surface attached to the surface of the friction plate (12) and a second surface (24) opposite the reaction plate (16), a plurality of elevations (26 ) of a predefined height relative to the surface (24) of the friction material layer (22), each of which has a cavity (30) of a predefined depth surrounded by an edge (28); and a lubricating fluid (14) disposed between the reaction plate (16) and the friction material layer (22) to transmit the compressive force and to provide a lubrication layer (14) between the reaction plate (16) and the friction plate (12); characterized in that the predefined depth of the cavity (30) is less than the predefined height of the elevations (26), so that lubricating fluid (14) located in the cavity (30) during engagement of the clutch (10) from the cavity (3) is pressed or pressed and flows over the edge (28) onto the surface (24).
Description
GEBIETTERRITORY
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung mit einer Erhebungen aufweisenden Reibplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der
HINTERGRUNDBACKGROUND
Drehmoment übertragende Vorrichtungen, wie zum Beispiel Kupplungen oder Bremsen, werden in der ganzen Automobilindustrie häufig eingesetzt. Zum Beispiel verwenden Kraftfahrzeug-Getriebe eine Vielzahl von Kupplungen, um die Zahnradsätze des Getriebes in und außer Eingriff zu nehmen, um Vorwärts- und Rückwärts-Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen. Die Kupplung weist eine Reaktionsplatte zum Ausüben einer Kompressionskraft auf. Die Kupplung weist ferner eine Reibplatte auf, die benachbart zu der Reaktionsplatte angeordnet ist, um die Reaktionsplatte reibend in Eingriff zu nehmen, um ein Antriebsmoment zwischen der Reaktionsplatte und der Reibplatte zu übertragen, wenn die Kompressionskraft aufgebracht wird. Die Kupplung weist ferner eine Reibungsmaterialschicht auf, die an der Reibplatte haftet und sich gegenüber von der Reaktionsplatte befindet. Die Reibungsmaterialschicht ist konfiguriert, um von der Reaktionsplatte zusammengedrückt werden zu können. In der Reibungsmaterialschicht können Nuten, Schlitze oder Vertiefungen ausgebildet sein, wie dies bei den in den Druckschriften
Die Kupplung weist ferner ein Fluidschmiermittel auf, das zwischen der Reaktionsplatte und der Reibplatte angeordnet ist, um zwischen den Platten während eines Einrückens der Kupplung eine Schmierschicht bereitzustellen.The clutch further includes a fluid lubricant disposed between the reaction plate and the friction plate to provide a lubricating layer between the plates during engagement of the clutch.
Während eines Einrückens der Kupplung bestehen drei vorherrschende Schmierzustände: hydrodynamischer (HD), sanft-elastohydrodynamischer (Sanft-EHD) und Grenzzustand. Der hydrodynamische Schmierzustand zeichnet sich durch eine dicke Fluidfilmdicke, einen niedrigen Nennberührungsdruck der Platten der Kupplung und einen extrem niedrigen Traktions-/Reibungskoeffizienten aus. Somit ist während des hydrodynamischen Schmierzustands eine Drehmomentübertragung schwer zu erreichen.During clutch engagement, there are three predominant lubrication states: hydrodynamic (HD), gentle-elastohydrodynamic (soft-EHD), and boundary state. The hydrodynamic lubrication state is characterized by a thick fluid film thickness, a low nominal contact pressure of the clutch plates, and an extremely low traction / friction coefficient. Thus, torque transfer is difficult to achieve during the hydrodynamic lubrication state.
Während des sanft-elastohydrodynamischen Schmierzustands dienen die scharfen Nutenränder und/oder die Raufasertopografie des Reibungsmaterials dazu, den hydrodynamischen Film zu durchbrechen und Filminseln zu erzeugen, welche die Berührungsflächen der Kupplungsplatten trennen. Die Inseln sind aufgrund der nichthomogenen Natur des Reibungsmaterials, der Welligkeit der Platten und der ungleichen Lastverteilung ungleichmäßig über die Oberfläche verteilt. Da die Nennlast auf der Reibplatte konstant ist, erfahren die Fluidinseln einen viel größeren Druck als in dem hydrodynamischen Zustand besteht. Wenn das Schmierfluid dünner wird, erhöht sich seine Schergeschwindigkeit rapide, was ermöglicht, dass ein ausreichendes Drehmoment durch das Fluid übertragen wird.During the mild elastohydrodynamic lubrication condition, the sharp groove edges and / or the scraper topography of the friction material serve to rupture the hydrodynamic film and create film islands separating the mating surfaces of the clutch plates. The islands are distributed unevenly across the surface due to the nonhomogeneous nature of the friction material, the waviness of the plates, and the uneven load distribution. Since the rated load on the friction plate is constant, the fluid islands experience a much greater pressure than in the hydrodynamic state. As the lubricating fluid becomes thinner, its shear rate rapidly increases, allowing sufficient torque to be transmitted through the fluid.
Während des Grenzschmierzustands erfährt das Sanft-EHD-Fluid aufgrund einer Geschwindigkeitsabnahme und eines Temperaturanstiegs eine Zersetzung. Ferner werden die aktiven Zusatzstoffe in der Oberfläche der Reibungsmaterialschicht aktiviert und erzeugen eine Niedrig-Scher-Schutzfluidschicht, die wie ein Feststoffschmiermittel fungiert, das mit der Reibungsmaterialschicht interagiert, um einen Feststoff-zu-Feststoff-Reibungskoeffizienten zu erzeugen, der dem EHD-Wert näher ist. Eine tribochemische Schicht ist das Ergebnis einer chemischen Reaktion zwischen den Fluidschmiermittel-Zusatzstoffen und den Berührungsflächen der Kupplungsplatten. Wenn das Fluidschmiermittel sich verschlechtert, erfährt die tribochemische Schicht eine Abscherung. Die chemischen Bindungen zersetzen sich, und die Zusatzstoffe in dem Fluid werden aufgebraucht. Die tribochemische Schicht wird aufgefüllt, indem neue, nicht aufgebrauchte Zusatzstoffe aus dem Fluid verwendet werden. Wenn die Zusatzstoffkonzentration in dem Fluid unterhalb eines vordefinierten kritischen Schwellwerts fällt, erhöht sich der lokale Reibungskoeffizient in seinem Wert und führt zu einem ungleichen Einrücken der Kupplung (Shudder oder Stick-Slip) oder einer weiteren Temperaturerhöhung. Vorausgesetzt, dass die Temperatur ansteigt, kann die hohe Temperatur zu einer Beschädigung des Reibungsmaterials führen (Verschleiß, Rissbildung und Verglasung). Die Reaktionsplatte kann ebenfalls beschädigt werden, was Hitzefleckenbildung beinhalten kann.During the boundary lubrication state, the gentle EHD fluid undergoes decomposition due to a decrease in speed and a temperature rise. Further, the active additives are activated in the surface of the friction material layer and produce a low shear protective fluid layer which acts as a solid lubricant that interacts with the friction material layer to produce a solid to solid coefficient of friction closer to the EHD value is. A tribochemical layer is the result of a chemical reaction between the fluid lubricant additives and the interfaces of the clutch plates. As the fluid lubricant worsens, the tribochemical layer undergoes shearing. The chemical bonds decompose and the additives in the fluid are consumed. The tribochemical layer is replenished using new unused fluid additives. As the additive concentration in the fluid falls below a predefined critical threshold, the local friction coefficient increases in value and results in unequal clutch engagement (shudder or stick-slip) or further temperature increase. Provided that the temperature rises, the high temperature can cause damage to the friction material (wear, cracking and glazing). The reaction plate may also be damaged, which may include heat staining.
Der Sanft-EHD-Zustand ist der optimale Zustand für den Kupplungsbetrieb aus den folgenden Gründen: (1) Die Fluiddünnfilm-Traktion sieht Reibungskoeffizienten vor, die ausreichend sind, um das erforderliche Drehmoment zu übertragen. (2) Die Dünnfilm-Traktion erzeugt keine übermäßige Hitze, die das Reibungsmaterial (Verschleiß, Rissbildung und Verglasung) und die Reaktionsplatte (Hitzefleckenbildung) beschädigen kann, was zu einem Reibungsverlust führt und in Shudder resultiert. (3) Die oberflächenaktiven Reibungsmodifikatoren werden während des Sanft-EHD-Zustands nicht verbraucht, daher wird die Fluidverschlechterung verzögert. Solange wie der Fluidgrundbestand aus hohen Güteklassen gewählt wird, ist die Oxidation eines großen Teils nicht die primäre Ausfallart der Kupplung bis zu einer Fluidwannentemperatur von 135 Grad Celsius. (4) Der Fluidfilm sowie das Reibungsmaterial haben Dämpfungsfähigkeiten, welche die Amplitude einer selbstinduzierten und/oder externen Schwingung der Reibungsschnittstelle reduzieren. (5) Der Traktions-/Reibungskoeffizient ist zu dem Reibungswiderstand proportional, der mit zunehmender Temperatur (dies ist typisch für den Kupplungseinrückungszyklus) und positiver Reibung/Schlupfneigung abnimmt. (6) Verglichen mit anderen Schmiersystemen kann die Kupplung in dem Sanft-EHD-Modus für ausreichend lange Zeiträume arbeiten, ohne irgendeine Beschädigung der Berührungsfläche oder deren Ausfall.The soft-EHD state is the optimum state for the clutch operation for the following reasons: (1) The fluid-thin-film traction provides friction coefficients sufficient to transmit the required torque. (2) The thin film traction does not generate excessive heat, which may damage the friction material (wear, cracking and glazing) and the reaction plate (heat stain), resulting in friction loss and resulting in shudder. (3) The surface-active friction modifiers are not consumed during the soft-EHD state, therefore, the fluid deterioration becomes delayed. As long as the high grade fluid base is selected, the oxidation of much of it is not the primary failure mode of the coupling up to a fluid trough temperature of 135 degrees Celsius. (4) The fluid film as well as the friction material have damping capabilities that reduce the amplitude of self-induced and / or external vibration of the friction interface. (5) The traction / friction coefficient is proportional to the frictional resistance which decreases with increasing temperature (this is typical for the clutch engagement cycle) and positive friction / slip tendency. (6) Compared with other lubrication systems, the clutch can operate in the soft-EHD mode for sufficiently long periods of time without any damage to the interface or its failure.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Kupplung bereitzustellen, die den Sanft-EHD-Zustand während eines Einrückens der Kupplung verlängert. Die neue und verbesserte Kupplung soll einen ausreichenden Reibungskoeffizienten aufrechterhalten und keine übermäßige Hitze erzeugen, welche die Reibungsmaterialschicht der Kupplung beschädigt.The invention is therefore based on the object to provide a new and improved coupling that extends the soft-EHD state during engagement of the clutch. The new and improved clutch should maintain a sufficient coefficient of friction and not generate excessive heat damaging the friction material layer of the clutch.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Kupplung bereit, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.The present invention therefore provides a coupling having the features of claim 1.
Die Erfindung verlängert das Sanft-EHD-System während eines Einrückens, erhöht den tatsächlichen Berührungsbereich während des Sanft-EHD-Schmiersystems und vermindert den tatsächlichen Berührungsdruck der Berührungsflächen während des Sanft-EHD-Schmiersystems.The invention extends the soft-EHD system during engagement, increases the actual contact area during the soft-EHD lubrication system and reduces the actual contact pressure of the contact surfaces during the soft-EHD lubrication system.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile beziehen, wird in
Die Drehmoment übertragende Vorrichtung
Nun auf
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Reibungsmaterialschicht
Nun auf
Wie in
Nun auf
Zusammengefasst weist die vorliegende Erfindung viele Vorteile und Nutzen gegenüber dem Stand der Technik auf. Die Lehren der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um die vielen Probleme zu bewältigen, die bei Drehmoment übertragenden Vorrichtungen
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